ROK AKADEMICKI 1996/97	LABORATORIUM Z FIZYKI
nr ćwiczenia	TEMAT : CHARAKTERYSTYKA ZŁĄCZA METAL - PÓŁPRZEWODNIK TYP N
23
wydział: Mechaniczny
kierunek: IZK grupa K. 02.	BARTOSZ WILLMA
data wykonania	ocena	data zaliczenia	podpis
29.03.97	T.
	S.

1.ZASADA POMIARU

Między metalem a półprzewodnikiem w złączu metal-półprzewodnik n istnieje kontaktowa różnica potencjałów. W warstwie przystykowej półprzewodnika niemal w ogóle nie ma elektronów, ma ona więc znacznie większy opór i nazywana jest warstwą zaporową.

Przyłączenie do złącza zewnętrznego napięcia zmienia rozmiary warstwy zaporowej, wysokość bariery potencjału i opór. Pole zewnętrzne skierowane od metalu (+) do półprzewodnika (-) - w kierunku przewodzenia, powoduje zmniejszenie bariery potencjału, czyli powiększenie przewodności złącza. W kierunku tym może płynąć duży prąd. Pole skierowane przeciwnie zmniejsza przewodność złącza - kierunek ten jest zwany kierunkiem zaporowym.

Z tego też względu złącza takie wykazują właściwości prostujące prądu przemiennego. Zależność prądu od napięcia zewnętrznego przedstawia rysunek:

Celem doświadczenia jest zbadanie zachowania złącza, do którego przyłożono zewnętrzne napięcie w kierunku przewodzenia i zaporowym, oraz właściwości prostujących złącza podłączonego do napięcia przemiennego.

2.SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO

• Układ do badania złącza pod działaniem zewnętrznego napięcia:

• Układ do badania prostownika jednopołówkowego:

• Układ do badania prostownika dwupołówkowego - układ Graetza:

3.OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYŃCZYCH POMIARÓW

Podczas doświadczenia korzystałem z następujących urządzeń pomiarowych:

DIGITAL MULTIMETERA VC-10T
błąd: ±0,1% wartości mierzonej + 1 znak

Miernika uniwersalnego METEX
błąd na zakresie od 200 μA do 20 mA: ±0,5% wartości mierzonej + 1 znak
błąd na zakresie od 200 mA do 2 A: ±1,2% wartości mierzonej +1 znak

4.TABELE POMIAROWE

Tabela pomiarowa dla kierunku przewodzenia:

Tabela pomiarowa dla kierunku zaporowego:

5. WYKRESY

Wykres nr 1 przedstawia zależność I= f(U) zarówno dla kierunku przewodzenia, jak i zaporowego. Wykres dla kierunku zaporowego przeniosłem do trzeciej ćwiartki w celu lepszego uwidocznienia różnicy pomiędzy zależnością natężenia od napięcia dla obu kierunków.

Z powodu dużej rozpiętości wartości prądu (duże wartości dla kierunku przewodzenia i małe dla zaporowego) nie można dokładnie zaobserwować na powyższym wykresie zależności I= f(U) dla obu kierunków. Poniżej przedstawiam oddzielne wykresy dla kierunku zaporowego (wykres nr 2) i przewodzenia (wykres nr 3).

Wykres nr 4 przedstawia nieliniową strefę oporności złącza w kierunku przewodzenia:

7.RACHUNEK BŁĘDÓW

Błędy pomiaru uwzględnione są w tabelach pomiarowych i obliczyłem je ze wzorów:

• błąd woltomierza:

0,1% + wartość jednej cyfry:

• błąd amperomierza:

• błąd R:

8. PRZEBIEGI OSCYLOSKOPOWE

• prąd przemienny z zasilacza:

• prąd przemienny wyprostowany jednopołówkowo:

• prąd przemienny wyprostowany dwupołówkowo:

9. UWAGI I WNIOSKI

Wyniki doświadczenia potwierdzają właściwości złącza metal-półprzewodnik typu n. Przy prądzie stałym zaobserwowaliśmy znaczne różnice oporności złącza w zależności od kierunku przyłożonego napięcia oraz nieliniowy jego charakter.

Przy zasilaniu napięciem sinusoidalnym zaobserwowaliśmy prostowanie jednopołówkowe prądu - dioda przepuszczała napięcie o amplitudach dodatnich i filtrowała napięcie o amplitudach ujemnych (lub odwrotnie - w zależności od kierunku jej przyłączenia). Układ Graetz'a ze względu na mostkowe połączenie czterech elementów prostujących umożliwia dwupołówkowe prostowanie prądu - jedna jego część przepuszcza napięcie dodatnie, druga - napięcie o amplitudzie ujemnej - ze znakiem przeciwnym.

---